吴宇庆 王屹

摘 要 本文回顾和分析了5G无线网络物理层关键技术，包括网络频谱共享、多制式协作融合、融合资源协同管理、邻近服务、无线回程管理、灵活移动性、无线网络资源虚拟化、无线控制与承载分离、增强C-RAN、软件定义网络。

关键词 5G 时延敏感业务;增强型移动宽带业务;网络切片

引言

由国家科学技术部、国家工业和信息化部、国家发展和改革委员会三部委联合组织成立了IMT-2020（5G）推进组。除此之外，国家863计划也于2013年6月。启动的5G重大项目研发课题，系统研究5G领域的关键技术。为了满足5G时代对无线网络的功能和性能需求，重点考虑无线网络物理层关键技术，包括网络频谱共享、多制式协作融合、融合资源协同管理、邻近服务、无线回程管理、灵活移动性、无线网络资源虚拟化、无线控制与承载分离、增强C-RAN、软件定义网络。2020年7月3日，在3GPP TSG第88次会议上，5G R16标准宣布冻结，标志着真正的5G 1.0版本正式上線，使5G具备了进一步走入各行各业并助力社会经济的数字转型的功能。在这个时刻，本文将回顾和分析5G无线网络物理层关键技术。

1与宽带移动接入相关的关键技术分析

中国工程院院士邬贺铨在2020年4月28日“5G和网络发展战略研讨会”上表示我国5G正式商用还不到半年，但主要亮点还只是宽带移动接入，但尚未经受大流量、大连接、高可靠、低时延的充分考验。

这主要得益于网络频谱共享、多制式协作融合、融合资源协同管理、灵活移动性、无线控制与承载分离、增强C-RAN等源自3G、4G时代成熟技术的演进。

网络频谱共享以提高频谱共享的灵活性和提升频谱效率为目的，在某一地域范围或时间范围内动态利用频谱资源。包括不同无线接入系统之间进行灵活的频谱共享，例如中国移动4G和5G网络灵活共享2.6GHz频段;不同运营商之间进行灵活的频谱共享，不同运营商之间实现非授权频谱共享等等，例如，中国电信和中国联通两家在3.5G频段进行共建共享5G无线网络。

协作与融合考虑的是同一运营商拥有多张不同制式的无线网络时，考虑多种制式网络之间的互操作、负载均衡等基本问题。一方面，演进的核心网已经提供了对多种制式网络的接入适配，因此2G、3G、4G网络与5G网络语音业务和短信业务，LTE网络与5G网络的数据和视频业务等等已经做到了良好的互操作。另一方面，在某些异构的网络之间，特别是不同标准组织定义的异构网络之间，例如5G和WLAN，就缺乏统一的资源管理和调度机制。

融合资源协同管理的目的是采用有效的多小区联合资源分配和协作式无线信号处理技术，来有效提高系统频谱利用率。例如在超密集5G网络的情况下，针对干扰受限场景，采用分布式拉远基站实现部分基带处理资源进行集中，形成一个基带资源池，并对其覆盖区域进行统一管理和动态分配，在提升资源利用率的同时，提升网络性能。

5G灵活移动性管理，包括空闲态无移动性管理、连接态无移动性管理、完整空闲态移动性管理、完整连接态移动性管理等。例如采用的虚拟小区技术，将多个小小区的资源虚拟组合成一个虚拟宏小区，减少了频繁切换和信令负荷，提升了用户的体验感受。

无线接入网控制与承载分离解绑控制信息收发与无线业务承载方式，增加了灵活性，也降低了控制信令的复杂性，更容易实现多制式多频段多层次网络的集中控制。

增强C-RAN是将所有或部分基带处理资源进行集中，形成一个基带资源池，并对其所覆盖区域进行统一管理和动态分配。应用场景主要是高铁、地铁场景的超蜂窝覆盖[1]。

2与时延敏感业务相关的关键技术分析

中国工程院院士邬贺铨还强调：“我国家今年在全球率先开展独立组网（SA）大规模建设，将启动SBA（基于服务的网络体系）和虚拟化以及网络切片等新功能，为面向工业互联网和车联网的应用奠定了基础。但目前SDN（软件定义网络）、NFV（网络功能虚拟化）、网络切片等大规模组网技术尚未验证，我们面临SA探路的风险。”

软件定义网络技术以控制面与数据面分离，控制面集中化的主要思想成为解决未来网络的关键技术之一，无线物理层关注软件定义的RAN拓扑、软件定义协议栈。

以软硬件解耦为主要技术特征的网络功能虚拟化技术，作为未来的网络技术越来越受到关注。网络切片通过网络虚拟化技术，将网络中的各类物理资源抽象成虚拟资源，并基于指定的网络功能和特定的接入网技术，按需构建端到端的逻辑网络，提供多种网络服务。业内专家认为，现在无论是国际还是国内，网络切片端到端的工作在功能架构和管理架构方面都亟须打通。同时，在跨域的过程中，不仅是端到端的切片能力标准尚未打通，还面临网络切片自动部署能力不足的问题。如今的5G行业的虚拟专网主要存在以下挑战：网络部署架构不明确;运维服务能力不清晰;以及与行业融合尚存差距[2]。

3与公共安全领域相关的关键技术分析

邻近服务技术应用三个方面：直接通信，即邻近终端存在通信需求的场景，进行终端间数据传输;网络覆盖增强，主要应用于传统移动通信网络的盲区场景进行覆盖扩展;联合发送接收，主要应用于多终端联合发送或接收数据。

4结束语

目前为止，除了无线回程管理，其余无线网络物理层关键技术均取得显著进展，支持实现5G有三大应用场景中的eMBB（增强型移动宽带）、URLLC（超高可靠低时延），支持我国建成全球最大规模的5G商用网络、向构筑“5G新基建”迈出坚实的第一步。

参考文献

[1] 杨义峰，张建敏，王海宁，等.5G网络架构[J].自动化博览，2019（10）：7.

[2] IMT-2020（5G）推进组，5G愿景与需求[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/725a6c74a5e9856a561260bd.html，2014-6-24.